WO2015197310A2 - Batteriemodulgehäuse sowie batteriemodul, batterie, batteriesystem, fahrzeug und verfahren zur herstellung eines batteriemoduls - Google Patents

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Definitions

  • the battery systems must meet very high requirements in terms of usable energy content, charge / discharge efficiency, reliability, life and unwanted capacity loss due to frequent partial discharge.
  • a battery system includes a plurality of battery cells. Due to their internal cell resistance and the electrochemical processes that take place, the battery cells heat up during charging and discharging.
  • the battery cells can be connected in series (series) to increase the voltage and / or connected in parallel to increase the maximum electric current. In this case, the battery cells can be combined to form battery units or battery modules.
  • the total voltage can thus be for example 450 V or even 600 V.
  • the permissible for the operation of the battery cells temperature range is typically between -30 ° C and +70 ° C, preferably between +5 ° C and
  • the performance of the battery cells can be significantly reduced.
  • the internal resistance of the battery cells increases sharply, and the performance and efficiency of the battery cells continue to decrease as temperatures continue to fall. In this case, an irreversible damage to the battery cells can occur.
  • the performance of the battery cells may decrease significantly.
  • the service life of the battery cells is reduced. In this case, an irreversible damage to the battery cells can also occur.
  • lithium-ion high-performance battery cells are operated with a very high dynamics.
  • the battery cells During short-term peak loads caused, for example, by recuperation of braking energy during braking or boost assistance during acceleration, the battery cells have to record a high power (when charging) or deliver (when discharging) in a very short time. Due to the internal resistance of the battery cells, these short peak loads lead to significant heating of the battery cells.
  • the efficiency of the battery cells when loading or unloading is very high (about 95%); Nevertheless, the resulting waste heat is not negligible.
  • At a traction power of, for example, 60 KW results in a loss of 5%, a power loss of 3 KW.
  • outside temperatures which may be 40 ° C and more, are outside the allowable temperature range, so that the battery cells without cooling the required life of, for example, ten or 15 years can not reach.
  • the battery module or battery system To ensure the safety, function and life of the battery module or battery system, it is therefore necessary to operate the battery cells within the specified temperature range.
  • heat that must be dissipated to prevent heating of the battery cells above the critical maximum temperature On the other hand, it may be necessary to heat the battery cells at low temperatures to a minimum temperature.
  • the battery module or battery system is heated, d. H. cooled or heated as needed, the cooling is usually required more often than the heater.
  • the battery module housing comprises fewer components and has a higher stability.
  • a low cost, highly integrated battery module housing can be provided.
  • the temperature of the battery cells can be improved.
  • the battery module housing can be assembled more easily and / or, for example, in the context of recycling, dismantled. As a result, weight and / or costs such as manufacturing costs
  • the material of the module body and the material of the module plate may be similar or identical.
  • a compatibility of the components can be improved.
  • properties of the components for example a temperature-dependent coefficient of linear expansion, can be matched to one another. This can reduce material fatigue. Thus, the life can be increased.
  • the material of the module body and / or the material of the module plate plastic polymer plastic, thermoplastic or thermosetting polymer plastic, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyurethane (PU, PU R) or polyethylene terephthalate (PET).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • PET polyethylene terephthalate
  • Casting be designed, for example, injection molding.
  • the production and processing or processing of the module body and / or the module plate can be further simplified.
  • the module body and the module plate can be connected to each other by clips or clasps, staples, gluing, pushing, screwing, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging together.
  • the assembly of the battery module housing can be further simplified.
  • the assembly time can be shortened
  • the number of required tools can be reduced.
  • clipping, stapling, gluing, pushing, welding or inserting even screws and screwdrivers such as screwdrivers and screwdriving processes, which can require a considerable amount of time to screw in the screws, can be dispensed with.
  • welding in particular when welding plastics, technologies that are used for example in packaging technology, can be applied.
  • the module plate can be designed like a drawer, and the module body comprise guide rails for receiving the module plate. This can increase the stability of the connection. In addition, the mechanical stress of, for example, clips, clips and / or screws can be reduced.
  • the battery module housing can further comprise connection elements, for example connection olives, which can be connected in a medium-transferring manner to the openings for medium-transmitting connection of the channel of the battery module housing to a channel of another battery module housing or a tempering system.
  • connection elements for example connection olives, which can be connected in a medium-transferring manner to the openings for medium-transmitting connection of the channel of the battery module housing to a channel of another battery module housing or a tempering system.
  • connection elements with the openings by clips, staples, gluing, screwing, sliding, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plug can be made connectable. Thereby, the assembly of the connection elements can be simplified.
  • the battery module housing may further include a plurality of seal members disposed in the plurality of terminal openings for sealing the plurality of chambers after respectively removing the electrical terminals (cell terminals) from the battery module housing.
  • a protection class IP6 dustproof
  • the plurality of sealing elements may be formed by injection molding on the module body. As a result, the production of the module body and the introduction of the Variety of battery cells can be simplified.
  • the plurality of seal members include plastic, for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymer plastic, thermoplastic elastomer (linear elastomer, TPE) or urethane-based thermoplastic elastomer (TPE-U, TPU).
  • plastic for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymer plastic, thermoplastic elastomer (linear elastomer, TPE) or urethane-based thermoplastic elastomer (TPE-U, TPU).
  • the battery module housing can furthermore comprise fastening elements, for example bayonet locks, clips, dowels, clamps, latching closures, latching arms or screws.
  • fastening elements for example bayonet locks, clips, dowels, clamps, latching closures, latching arms or screws.
  • the fastening elements can be formed integrally with the module body or the module plate. This can further reduce the number of components.
  • the assembly can be further simplified.
  • the invention further provides a battery module that provides the above
  • the battery module may further comprise the first sheet.
  • the first sheet may be formed as a film.
  • the film may for example have a thickness of 50 ⁇ to 200 ⁇ such as 100 ⁇ .
  • the first sheet may comprise electrically non-conductive material.
  • the first sheet of plastic may include, for example, polymer plastic.
  • plastic can be achieved high stability of the first sheet.
  • properties of these components can be coordinated. This can reduce material fatigue.
  • the tightness can be increased.
  • the life can be increased.
  • the battery module may further comprise the second sheet.
  • the second sheet may be formed as a film.
  • the film may for example have a thickness of 50 ⁇ to 200 ⁇ such as 100 ⁇ .
  • the second sheet may comprise electrically non-conductive material.
  • the second sheet of plastic may comprise, for example, polymer plastic.
  • the second sheet a high stability of the second sheet can be achieved.
  • the properties of these components can be coordinated. This can reduce material fatigue.
  • the tightness can be increased.
  • the life can be increased.
  • the first sheet and the second sheet comprise similar or identical material. As a result, material incompatibilities between the first sheet and the second sheet can be prevented.
  • the battery module may comprise a plurality of buffer elements arranged in the plurality of chambers for pressing together the plurality of battery cells and / or for thermal insulation of the plurality of battery cells with one another.
  • the life of the battery cells can be increased.
  • thermal insulation can be achieved at the module level. Due to the thermal insulation, a thermal propagation (thermal propagation) or a thermal influence of the battery cells with each other, can be prevented or at least reduced.
  • the chambers can be adapted to the size or type of the battery cells to be inserted if necessary.
  • the multiplicity of buffer elements may comprise foam, for example open-cell foam or closed-cell foam. As a result, a pressure required for the compression can be maintained and / or an air layer advantageous for thermal insulation can be provided.
  • the use of shot-cellular foam can furthermore prevent absorption of moisture or at least be reduced.
  • the invention further provides a battery comprising the battery module housing described above or the battery module described above.
  • the invention further provides a battery system comprising the above-described battery module housing, the previously described battery module or the previously described battery.
  • the invention further provides a vehicle, in particular a motor vehicle such as
  • Electric vehicle hybrid vehicle or electric motorcycle (electric bike, e-bike), electric bicycle (Pedal Electric Cycle, Pedelec), a vessel such as electric boat or submarine (submarine), an aircraft or a spacecraft, ready to use the previously described and with the battery module housing connected to the vehicle, the battery module previously described and connected to the vehicle, the previously described and connected to the vehicle battery or the previously described and connected to the vehicle battery system.
  • the joining of the module body and the module plate with each other by clipping or clipping, stapling, gluing, pushing, screwing, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging.
  • welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging.
  • the assembly time can be shortened
  • the number of required tools can be reduced.
  • clipping, stapling, gluing, pushing, welding or inserting even screws and screwdrivers such as screwdrivers and screwdriving processes, which can require a considerable amount of time to screw in the screws, can be dispensed with.
  • welding in particular when welding plastics, technologies that are used for example in packaging technology, can be applied. Thus, a development of special technologies can be omitted.
  • the method may further include providing the terminal elements, for example terminal olives and connecting with the openings. This allows the battery module housing for the respective
  • connecting elements with the openings by clips, staples, gluing, screwing, sliding, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plug be formed connectable. This allows the
  • the method may further comprise providing the plurality of sealing members and disposing in the plurality of terminal openings.
  • This can prevent penetration of particles such as dirt particles in the battery module.
  • a protection class IP6 dustproof
  • the plurality of sealing elements may be formed by injection molding on the module body. Thereby, the production of the module body and the insertion of the plurality of battery cells can be simplified.
  • the plurality of sealing members include plastic, for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymer plastic, thermoplastic elastomer, or urethane-based thermoplastic elastomer.
  • the method may further provide the
  • Fasteners such as bayonet, clips, dowels,
  • Clamps, snap fasteners, locking arms or screws for connecting the module plate with the module body include.
  • the stability of the connection between the module plate and the module body can be increased.
  • the fastening elements can be formed integrally with the module body or the module plate. This can further reduce the number of components.
  • the assembly can be further simplified.
  • the method may further comprise connecting the electrical connections for connecting the battery cells with each other.
  • the battery module for example, before attaching a module cover on the module body, be configured according to the respective requirements. Since the electrical connections of the battery cells are led out of the chambers, the connection of the electrical connections is made possible at a later time.
  • the connection may include attaching, for example, bonding of a multiplicity of cell connectors to the electrical connections. This can connect the
  • the method may further comprise mounting a Cell Supervision Circuit (CSC) to monitor the plurality of battery cells.
  • CSC Cell Supervision Circuit
  • the cell monitoring device can be integrated into the battery module housing. This can reduce the number of connections and / or connections. Thus, the reliability can be increased.
  • the method may further comprise attaching electrical battery terminals to provide an electrical connection for the plurality of battery cells.
  • the attaching may include a bonding of the battery terminals to the electrical connections.
  • the method may further include attaching, for example, a module cover on the module body to cover the electrical connections. This allows the electrical
  • Connections for example, be protected from damage or contamination.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a battery module 10 with a battery module housing according to an embodiment of the invention in section
  • FIG. 2 shows a schematic exploded view of the battery module 10 with the battery module housing according to this embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a method 70 for producing the battery module 10 with the battery module housing according to this
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a battery module 10 with a battery module housing according to an embodiment of the invention in section.
  • FIG. 2 shows a corresponding schematic exploded view of the battery module 10.
  • the battery module 10 includes a plurality of battery cells 100 i,... 100 3 , a module body 200, a first blade 300, a module plate 400, and a second blade 500.
  • the plurality of battery cells 100i, ... 100 3 includes each cell case 110i, ... 110 3, the cell cover 120i, ... 120 3 and electrical
  • Terminals 130i, ... 130 3 , 135i, ... 135 3 which are respectively arranged on the cell covers 120i, ... 120 3 .
  • the module body 200 comprises an electrically non-conductive material.
  • the material may include, for example, plastic such as polymer plastic, thermoplastic or thermoset polymer plastic, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyurethane or polyethylene terephthalate.
  • the module body 200 may be formed by casting, for example, injection molding.
  • the module body 200 includes, as shown by way of example in Figure 1, a plurality of open from the bottom chambers 250i, ... 250 3, and on upper surfaces of the plurality of chambers 250i, ... 250 3, a plurality of terminal openings 260i, ... 260 3 .
  • the plurality of connection openings 260i, 130i ... 260 3 are on the tops of corresponding to the electrical connections, ... 130 3, 135i, ... arranged 135 3 and formed so that the electrical terminals 130i, ... 130 3 , 135i, ... 135 3 of a battery cell 100i, ... 100 3 when inserting the battery cell lOOi, ... 100 3 in the chamber 250 h ... 250 3 are led out of the module body 200 of the battery module housing.
  • the battery module 10 may further include a plurality of sealing elements 700i, ... 700 include the third
  • the plurality of seal elements 700i, ... 700 3 may, for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymeric plastic material, thermoplastic elastomer or thermoplastic elastomer urethane plastic.
  • the plurality of seal members 700i, ... 700 3 serve to seal the plurality of chambers 250i, ... 250 3 after each lead out of the electrical
  • the plurality of seal elements 700i, ... 700 3 may in recesses 265i, ... 265 3 of the plurality of terminal openings 260i, ... be located 260. 3
  • the plurality of seal elements 700i, ... 700 3 may be formed by injection molding to the module body 200th
  • the plurality of sealing elements 700i, ... can be used ... 700 3 in the recesses 265i 265 3 and / or glued.
  • the plurality of seal elements 700i, ... 700 3 to the electrical terminals 130i, ... 130 3, 135i, ... are formed or disposed 135.
  • the module body 200 is formed such that the plurality of
  • the first sheet 300 may be formed as a film.
  • the first sheet 300 may comprise an electrically non-conductive material.
  • the first sheet 300 may comprise plastic, for example polymer plastic. The material of the first sheet 300 and the
  • Material of the module body 200 may be similar or identical.
  • ... takes place closing of the chambers 250 250i 3 by welding, for example, plastic welding, such as friction welding or ultrasonic welding of the first sheet 300 having a first weld surface 23, ... surrounding the bottoms of the compartments 250i 250.
  • plastic welding such as friction welding or ultrasonic welding of the first sheet 300 having a first weld surface 23, ... surrounding the bottoms of the compartments 250i 250.
  • the first welding surface 23 may underside of the
  • Webs 245i, 245 2 include.
  • the module plate 400 comprises an electrically non-conductive material.
  • the material may, for example, plastic such as polymer plastic, thermoplastic or thermosetting polymer plastic, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, Polystyrene, polyurethane or polyethylene terephthalate.
  • the module plate 400 may be formed by casting, for example, injection molding.
  • the material of the module plate 400 and the material of the module body 200 may be similar or identical.
  • the module plate 400 includes an open channel 450 and openings 460i, 460 2 .
  • the channel 450 is, as shown in Figure 1, formed in a main plane of the module plate 400 and serves to receive a tempering (temperature control) for temperature control of the plurality of battery cells 100i, ...
  • the channel 450 may be bounded by a back wall 430i, two side walls 420i, 420 2, and a front wall 430 2 .
  • a web 470 may be arranged in the channel 450.
  • the web 470 may influence a flow of the tempering medium and / or support the plurality of battery cells 100i, ... 100 3 .
  • the openings 460i, 460 2 are each connected to the channel 450 medium-transmitting and serve for the supply or removal of the tempering medium.
  • the battery module 10 may further comprise connection elements 470i, 470 2, for example connecting olives.
  • the connection elements 470i, 470 2 are respectively connected to the openings 460i, 460 2 in a medium-transmitting manner and serve for the medium-transmitting connection of the channel 450 of the battery module housing to a channel of another battery module housing or a tempering system.
  • the connecting elements 470i, 470 2 can be connected to the openings 460i, 460 2 by clips, staples, gluing, screwing, sliding, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging.
  • the module plate 400 is designed such that the channel 450 can be closed by means of the second blade 500.
  • the second sheet 500 may be formed as a film.
  • the second sheet 500 may comprise an electrically non-conductive material.
  • the second sheet 500 may include plastic, for example, polymer plastic.
  • the material of the second sheet 500 and the material of the module plate 400 may be similar or identical.
  • Sheet 500 and the material of the first sheet 300 may be similar or identical.
  • the closing of the channel 245 is performed by welding, for example, plastic welding such as friction welding or ultrasonic welding of the second sheet 500 to a second welding surface 45 surrounding an upper surface of the channel 450.
  • the surface 45 may include an upper surface of the ridge 470.
  • the tempering medium can temper the plurality of battery cells 100i, ... 100 3 through the first sheet 300 and the second sheet 500 therethrough.
  • the battery module 10 may further comprise fastening elements, for example bayonet locks, clips, dowels, clamps, latching closures such as latching arms 225i, 225 2 , 235 2 or screws.
  • the module body 200 may comprise the latching arms 225i, 225 2 , 235 2 , which are formed integrally with the module body 200.
  • the module plate 400 corresponding recesses 425i, 425 2 , 435 2 as a rest camp.
  • the module plate 400, the latching arms 225i, 225 2 , 235 2 and the module body 200, the recesses 425i, 425 2 , 435 2 include.
  • the fasteners may be separate fasteners
  • the module plate 400 may be designed, for example, as a drawer, and the module body 200 may include corresponding guide rails for receiving the module plate 400.
  • the battery module 10 may further include a plurality of buffer elements 6OO 1 , ... 6OO 3 .
  • the multiplicity of buffer elements 6OO 1 ,... 600 3 are arranged in the plurality of chambers 250 i,... 250 3 and serve to press the plurality of battery cells 100 i,... 100 3 or for the thermal insulation of the plurality of battery cells lOOi , ... 100 3 among each other.
  • the plurality of buffer elements 6OO 1 ,... 600 3 may comprise, for example, foam such as open-cell foam or closed-cell foam.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a method 70 for producing the battery module 10 with the battery module housing according to this
  • Step 710 includes providing the module body 200, the plurality of battery cells 100i, ... 100 3, and the first sheet 300.
  • the step 710 may further comprise a providing the plurality of sealing elements 700i, ... 700 comprise 3.
  • Step 710 may further include providing the fasteners, bayonet locks, clips, dowels, clips, snap locks, latch arms 225i, 225 2 , 235 2, or screws.
  • Step 712 includes inserting the plurality of battery cells 100 i, ... 100 3 into the plurality of chambers 250 i, ... 250 3 .
  • Step 712 may further include the plurality of sealing elements (700i, ... 700 3 )
  • Step 714 includes 250i closure of the plurality of chambers, ... 250 3 with the first sheet 300.
  • the first sheet 300 for example by gluing or welding, such as friction welding or ultrasonic welding to the module body 200 leak-proof, gas-tight, for example, dustproof or waterproof , get connected.
  • Step 720 includes providing the module plate 400 and the second sheet 500.
  • the step 720 may further include providing the terminal members 470i, 470 2, or terminal pins.
  • Step 720 may further include providing fasteners, bayonet locks, clips, dowels, clips, snap locks, latch arms 225i, 225 2 , 235 2, or screws.
  • Step 722 comprises connecting the connection elements 470i, 470 2 or
  • Connection olives with the openings 460i, 460 2 include.
  • Step 724 includes closing the channel 450 with the second sheet 500.
  • the second sheet 500 may be sealed to the module plate 400 such as gas tight, dustproof, or waterproof by, for example, gluing or welding such as friction welding or ultrasonic welding.
  • Step 730 includes connecting the module plate 400 to the module body 200 with each other.
  • the joining of the module body 200 and the module plate 400 may be clipping, stapling, gluing, pushing, Screws, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plug include.
  • Step 732 a connection of the electrical terminals 130i, ... 130 3, 135i, ... 135 3 for connecting the battery cells 100i, ... 100 comprise 3 to each other.
  • the bonding may include attaching or bonding a plurality of cell connectors to the electrical terminals 130i, ... 130 3 , 135i, ... 135 3 .
  • Step 732 may further include mounting a cell monitor to monitor the plurality of battery cells 100 i, ... 100 3 .
  • Step 732 may further include attaching battery electrical terminals to provide electrical power
  • the bonding may be a bonding of the battery terminals to the electrical terminals 130i, ... 130 3, 135i, ... 135 include the third Step 732 may further include attaching or clipping a module cover on the module body 200 to cover the electrical terminals 130 i, ... 130 3 , 135 i, ... 135 3 .
  • the method ends with step 750.
  • the steps 710-714 with regard to the module body 200 and the steps 720-724 can, as shown by way of example in FIG. 3, be executed parallel to one another or simultaneously. Alternatively, the steps may be performed serially one after the other. In this case, first steps 710-714 and then steps 720-714 can be executed, or vice versa. Furthermore, the steps for carrying out the method 70 can be varied.
  • connection elements 470i, 470 2 or connection terminals For example, connecting the connection elements 470i, 470 2 or connection terminals to the openings 460i, 460 2 after closing the channel 450 with the second sheet 500 or even shortly before or during assembly of the battery module 10 in a battery, a battery system, a Vehicle or a plant done.

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Abstract

Batteriemodulgehäuse, gekennzeichnet durch: einen Modulkörper (200) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend: eine Vielzahl von offenen Kammern (2501,... 2503), die in einer Ebene angeordnet sind, zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen (1001,... 1003), die jeweils elektrische Anschlüsse (1301,... 1303, 135i,... 1353) umfassen, wobei jede Kammer (2501,... 2503) der Vielzahl von Kammern (2501,... 2503) zum Einführen einer Batteriezelle (1001,... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (1001,... 1003), ausgebildet ist, eine Vielzahl von Anschlussöffnungen (2601,... 2603), die in der Vielzahl von Kammern (2501,... 2503) korrespondierend zu den elektrischen Anschlüssen (1301,... 1303, 1351,... 1353) angeordnet und ausgebildet sind, zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse (1301,... 1303, 1351,... 1353) aus dem Batteriemodulgehäuse beim jeweiligen Einführen der Batteriezelle (1001,... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (1001,... 1003), wobei der Modulkörper (200) derart ausgebildet ist, dass die Vielzahl von Kammern (2501,... 2503) mittels eines ersten Blatts (300) verschließbar ist, und eine Modulplatte (400) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend: einen offenen Kanal (450), der in einer Hauptebene der Modulplatte (400) ausgebildet ist, zur Aufnahme eines Temperiermediums zur Temperierung der Vielzahl von Batteriezellen (1001,... 1003), Öffnungen (4601, 4602), die jeweils mit dem Kanal (450) mediumübertragend verbunden sind, zur Zufuhr oder Abfuhr des Temperiermediums, wobei die Modulplatte (400) derart ausgebildet ist, dass der Kanal (450) mittels eines zweiten Blatts (500) verschließbar ist, wobei der Modulkörper (200) und die Modulplatte (400) derart miteinander verbindbar ausgebildet sind, dass das Temperiermedium die Vielzahl von Batteriezellen (1001,... 1003) durch das erste Blatt (300) und das zweite Blatt (500) hindurch temperieren kann, ein Batteriemodul (10), eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10).

Description

Beschreibung Titel
Batteriemodulgehäuse sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls
Stand der Technik
Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektro- kraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher (EES) vermehrt neue Batteriesysteme (Akkumulatorsysteme), zum Beispiel mit Lithium- Ionen-Akkumulatoren, Lithium-Polymer-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid- Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.
Der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt typischer Weise zwischen -30 °C und +70 °C, vorzugsweise zwischen +5 °C und
+35 °C. Im unteren Bereich der Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batteriezellen stark an, und die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Batteriezellen nehmen mit weiter fallenden Temperaturen kontinuierlich ab. Dabei kann auch eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Auch wenn die Betriebstemperatur überschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen über ca. 40 °C wird die Lebensdauer der Batteriezellen reduziert. Dabei kann ebenfalls eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Weiterhin liegt der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturunterschied
(Temperaturgradient) in einer Batteriezelle und / oder innerhalb eines Batteriemoduls oder einer Batterie typischer Weise zwischen 5 Kelvin und 10 Kelvin. Bei größeren Temperaturunterschieden können verschiedene Bereiche einer Batteriezelle bzw. verschiedene Batteriezellen eines Batteriemoduls oder einer Batterie unterschiedliche Belastungen erfahren oder sogar (partiell) überlastet und / oder geschädigt werden. Weiterhin besteht aufgrund von Temperaturunterschieden und / oder Temperaturänderungen eine Gefahr der Bildung von
Kondenswasser in der Batterie. Die Schädigung kann zu einer beschleunigten Alterung der Batteriezellen oder einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellen, das eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt, führen.
In einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs werden Lithium-Ionen-Hochleistungsbatteriezellen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während kurz- zeitiger Spitzenbelastungen, die beispielsweise durch Rekuperation von Bremsenergie beim Bremsen oder Boostunterstützung beim Beschleunigen entstehen, müssen die Batteriezellen in einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung (bei Ladung) aufnehmen oder (bei Entladung) abgeben. Aufgrund des Innenwiderstands der Batteriezellen führen diese kurzen Spitzenbelastungen zu einer signifikanten Erwärmung der Batteriezellen. Der Wirkungsgrad der Batteriezellen beim Laden bzw. Entladen ist sehr hoch (ca. 95 %); dennoch ist die dabei entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Bei einer Traktionsleistung von beispielsweise 60 KW ergibt ein Verlust von 5 % eine Verlustleistung von 3 KW. Weiterhin können, beispielsweise in den Sommermonaten oder in wärmeren Regionen, Außentemperaturen, die 40 °C und mehr betragen können, außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegen, so dass die Batteriezellen ohne Kühlung die geforderte Lebensdauer von, beispielsweise, zehn oder 15 Jahren nicht erreichen können.
Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. Batteriesystems zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht, wie oben beschrieben, während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über die kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriemodul bzw. Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt, wobei die Kühlung in der Regel häufiger erforderlich ist als die Heizung.
Aus EP 0 933 830 Bl bzw. DE 698 23 156 AI ist bereits eine verschlossene monoblock Batterie mit Kühlvorrichtung bekannt.
Um die Funktionalität von Batterien (Akkumulatoren) und Batteriesystemen (Akkumulatorsystemen) weiter zu erhöhen, ist es jedoch erforderlich, ein verbessertes Batteriemodulgehäuse bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass das Batteriemodulgehäuse weniger Komponenten umfasst und eine höhere Stabilität aufweist. Somit kann ein kostengünstigtes hochintegriertes Batteriemodulgehäuse bereitgesteltl werden. Weiterhin kann die Temperierung der Batteriezellen verbessert werden. Außerdem kann auf eine elektrische Isolierung der Batteriezellen entfallen. Weiterhin kann das Batteriemodulgehäuse einfacher montiert und / oder, zum Beispiel im Rahmen einer Wiederverwertung, demontiert werden. Dadurch können Gewicht und /oder Kosten beispielsweise Herstellungskosten wie
Material kosten und Verarbeitungskosten wie Montagekosten, reduziert werden. Außerdem können die Wiederverwertbarkeit und die Umweltverträglichkeit erhöht werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zweckmäßiger Weise können das Material des Modulkörpers und das Material der Modulplatte ähnlich oder identisch sein. Dadurch kann eine Verträglichkeit der Komponenten verbessert werden. Außerdem können Eigenschaften der Komponenten, zum Beispiel ein temperaturabhängiger Längenausdehnungs- koeffiezient, aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Lebensdauer erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise können das Material des Modulkörpers und / oder das Material der Modulplatte Kunststoff, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder duroplastischen Polymerkunststoff, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyurethan (PU, PU R) oder Polyethylen- terephthalat (PET) umfassen. Dadurch können die Herstellung und Bearbeitung bzw. Verarbeitung des Modulköpers und / der Modulplatte vereinfacht werden. Zweckmäßiger Weise können der Modulkörper und / oder die Modulplatte durch
Gießen beispielsweise Spritzgießen ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung und Bearbeitung bzw. Verarbeitung des Modulköpers und / der Modulplatte weiter vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise können der Modulkörper und die Modulplatte durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken miteinander verbindbar sind. Dadurch kann die Montage des Batteriemodulgehäuses weiter vereinfacht werden. Weiterhin kann die Montagezeit verkürzt werden Außerdem kann die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge reduziert werden. Beim Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schweißen oder Stecken können sogar Schrauben und Schrauber wie Schraubendreher und Schraubprozesse, die eine erhebliche Zeit zum Einschrauben der Schrauben erfordern können, entfallen. Beim Schweißen, insbesondere beim Schweißen von Kunststoffen, können Technologien, die beispielsweise in der Verpackungstechnik eingesetzt werden, angewendet werden. Somit kann eine Entwicklung spezieller
Technologien entfallen.
Zweckmäßiger Weise kann die Modulplatte schubladenartig ausgebildet sein, und der Modulkörper Führungsschienen zur Aufnahme der Modulplatte umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung erhöht werden. Außerdem kann die mechanische Belastung von, zum Beispiel, Clips, Klammern und / oder Schrauben reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin Anschlusselemente beispielsweise Anschlussoliven, die jeweils mit den Öffnungen mediumübertragend verbindbar sind, zum mediumübertragenden Verbinden des Kanals des Batteriemodulgehäuses mit einem Kanal eines anderen Batteriemodulgehäuses oder einem Temperiersystem umfassen. Dadurch kann das Batteriemodulgehäuse für den jeweiligen Verwendungszweck flexibel und einfach angepasst werden. Weiterhin können die Anschlusselemente mit den Öffnungen durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken verbindbar ausgebildet sein. Dadurch kann die Montage der Anschlusselemente vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin eine Vielzahl von Dichtungselementen, die in der Vielzahl von Anschlussöffnungen angeordnet ist, zum Abdichten der Vielzahl von Kammern nach dem jeweiligen Herausführen der elektrischen Anschlüsse (Zellenterminals) aus dem Batteriemodulgehäuse umfassen. Dadurch kann ein Eindringen von Partikeln beispielsweise Schmutzpartikeln in das Batteriemodul verhindert werden. Somit kann beispielsweise eine Schutzklasse IP6 (staubdicht) erreicht werden. Weiterhin kann die Vielzahl von Dichtungselementen durch Anspritzen an den Modulkörper ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung des Modulkörpers und das Einführen der Vielzahl von Batteriezellen vereinfacht werden. Weiterhin kann wobei die Vielzahl von Dichtungselementen Kunststoff beispielsweise, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer (lineares Elastomer, TPE) oder thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPE-U, TPU) umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin Befestigungselemente beispielsweise Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme oder Schrauben umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung von Modulplatte und Modulkörper erhöht werden. Weiterhin können die Befestigungselemente einstückig mit dem Modulkörper oder der Modulplatte ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten weiterhin reduziert werden. Somit kann die Montage weiter vereinfacht werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das das zuvor
beschriebene Batteriemodulgehäuse umfasst.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul weiterhin das erste Blatt umfassen. Dabei kann das erste Blatt als Folie ausgebildet sein. Die Folie kann beispielsweise eine Stärke von 50 μηη bis 200 μηη wie 100 μηη aufweisen. Durch die Verwendung einer Folie kann das Verschließen des Modulkörpers vereinfacht werden. Dabei kann das erste Blatt elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Durch die Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials kann die elektrische Isolation der Batteriezellen verbessert werden. Dabei kann das erste Blatt Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff umfassen. Durch die
Verwendung von Kunststoff kann eine hohe Stabilität des ersten Blatts erreicht werden. Außerdem können bei gleichzeitiger Verwendung von Kunststoff für den Modulkörper und das erste Blatt die Eigenschaften dieser Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Dichtigkeit erhöht werden. Außerdem kann die Lebensdauer erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul weiterhin das zweite Blatt umfassen. Dabei kann das zweite Blatt als Folie ausgebildet sein. Die Folie kann beispielsweise eine Stärke von 50 μηη bis 200 μηη wie 100 μηη aufweisen. Durch die Verwendung einer Folie kann das Verschließen der Modulplatte vereinfacht werden. Dabei kann das zweite Blatt elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Durch die Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials kann die elektrische Isolation der Batteriezellen weiter verbessert werden. Dabei kann das zweite Blatt Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff umfassen. Durch die
Verwendung von Kunststoff kann eine hohe Stabilität des zweiten Blatts erreicht werden. Außerdem können bei gleichzeitiger Verwendung von Kunststoff für die Modulplatte und das zweite Blatt die Eigenschaften dieser Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Dichtigkeit erhöht werden. Außerdem kann die Lebensdauer erhöht werden. Dabei das erste Blatt und das zweite Blatt ähnliches oder identisches Material umfassen. Dadurch können Materialunverträglichkeiten zwischen dem ersten Blatt und dem zweiten Blatt verhindert werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul eine Vielzahl von Pufferelementen, die in der Vielzahl von Kammern angeordnet sind, zur Verpressung der Vielzahl von Batteriezellen und /oder zur thermischen Isolierung der Vielzahl von Batteriezellen untereinander umfassen. Durch eine Verpressung der Batteriezellen kann die Lebensdauer der Batteriezellen erhöht werden. Dadurch kann eine thermische Isolierung auf Modulebene erreicht werden. Durch die thermische Isolierung kann eine thermische Ausbreitung (thermal propagation) bzw. eine thermische Beeinflussung der Batteriezellen untereinander, verhindert oder zumindest reduziert werden. Weiterhin können Toleranzen in der Produktion ausgeglichen werden. Weiterhin können die Kammern bei Bedarf an die Größe bzw. den Typ der einzuführenden Batteriezellen angepasst werden. Dabei kann die Vielzahl von Pufferelementen Schaumstoff beispielsweise offenzelligen Schaumstoff oder geschlossenzelligen Schaumstoff, umfassen. Dadurch kann ein für die Verpressung erforderlicher Druck aufrechterhalten werden und / oder eine für die thermische Isolierung vorteilhafte Luftschicht bereitgestellt werden. Die eine Verwendung von geschossenzelligen Schaumstoff kann weiterhin eine Aufnahme von Feuchtigkeit verhindert oder zumindest reduziert werden.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die das zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst. Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das das zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst. Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie
Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro- Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodulgehäuse, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Zweckmäßiger Weise kann das Verbinden des Modulkörpers und der Modulplatte miteinander durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken umfassen. Dadurch kann die Montage des Batteriemodulgehäuses weiter vereinfacht werden. Weiterhin kann die Montagezeit verkürzt werden Außerdem kann die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge reduziert werden. Beim Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schweißen oder Stecken können sogar Schrauben und Schrauber wie Schraubendreher und Schraubprozesse, die eine erhebliche Zeit zum Einschrauben der Schrauben erfordern können, entfallen. Beim Schweißen, insbesondere beim Schweißen von Kunststoffen, können Technologien, die beispielsweise in der Verpackungstechnik eingesetzt werden, angewendet werden. Somit kann eine Entwicklung spezieller Technologien entfallen.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der Anschluss- elemente beispielsweise Anschlussoliven und Verbinden mit den Öffnungen umfassen. Dadurch kann das Batteriemodulgehäuse für den jeweiligen
Verwendungszweck flexibel und einfach angepasst werden. Weiterhin können die Anschlusselemente mit den Öffnungen durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschall- schweißen, oder Stecken verbindbar ausgebildet sein. Dadurch kann die
Montage der Anschlusselemente vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der Vielzahl von Dichtungselementen und Anordnen in der Vielzahl von Anschlussöffnungen umfassen. Dadurch kann ein Eindringen von Partikeln beispielsweise Schmutzpartikeln in das Batteriemodul verhindert werden. Somit kann beispielsweise eine Schutzklasse IP6 (staubdicht) erreicht werden. Weiterhin kann die Vielzahl von Dichtungselementen durch Anspritzen an den Modulkörper ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung des Modulkörpers und das Einführen der Vielzahl von Batteriezellen vereinfacht werden. Weiterhin kann wobei die Vielzahl von Dichtungselementen Kunststoff beispielsweise, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer oder thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis umfassen.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der
Befestigungselemente beispielsweise Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel,
Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme oder Schrauben für das Verbinden der Modulplatte mit dem Modulkörper umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung von Modulplatte und Modulkörper erhöht werden. Weiterhin können die Befestigungselemente einstückig mit dem Modulkörper oder der Modulplatte ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten weiterhin reduziert werden. Somit kann die Montage weiter vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Verbinden der elektrischen Anschlüsse zum Verbinden der Batteriezellen untereinander umfassen. Dadurch kann das Batteriemodul, zum Beispiel vor einem Anbringen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper, gemäß den jeweiligen Erfordernissen konfiguriert werden. Da die elektrischen Anschlüsse der Batteriezellen aus den Kammern herausgeführt sein, wird das Verbinden der elektrischen Anschlüsse auch zu einem späteren Zeitpunkt ermöglicht. Dabei kann das Verbinden ein Anbringen beispielsweise Bonden von einer Vielzahl von Zellverbindern an die elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch kann das Verbinden der
elektrischen Anschlüsse schnell, einfacher, stabil und kostengünstig erfolgen. Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Montieren einer Zellüberwachungseinrichtung oder Zellüberwachungsschaltung (Cell Supervision Circuit, CSC) zur Überwachung der Vielzahl der Batteriezellen umfassen. Dadurch kann die Zellüberwachungseinrichtung in das Batteriemodulgehäuse integriert werden. Dadurch kann die Anzahl der Verbindungen und / oder Anschlüsse reduziert werden. Somit kann die Zuverlässigkeit erhöht werden.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Anbringen von elektrischen Batterieanschlüssen zum Bereitstellen eines elektrischen Anschlusses für die Vielzahl von Batteriezellen umfassen. Dabei kann das Anbringen ein Bonden der Batterieanschlüsse an die elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch kann das Anbringen der Batterieanschlüsse schnell, einfacher, stabil und kostengünstig erfolgen.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Anbringen beispielsweise Anclipsen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper zum Abdecken der elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch können die elektrischen
Anschlüsse, zum Beispiel vor einer Beschädigung oder Verschmutzung, geschützt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls 10 mit einem Batteriemodulgehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Schnitt,
Figur 2 zeigt eine schematische Explosionsansicht des Batteriemoduls 10 mit dem Batteriemodulgehäuse gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 70 zur Herstellung des Batteriemoduls 10 mit dem Batteriemodulgehäuse gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung. Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls 10 mit einem Batteriemodulgehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Schnitt. Figur 2 zeigt eine entsprechende schematische Explosionsansicht des Batteriemoduls 10.
Das Batteriemodul 10 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003, einen Modulköper 200, ein erstes Blatt 300, eine Modulplatte 400 und ein zweites Blatt 500.
Die Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003 umfasst jeweils Zellengehäuse 110i, ... 1103, Zellendeckel 120i, ... 1203 und elektrische
Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353, die jeweils auf den Zellendeckeln 120i, ... 1203 angeordnet sind.
Der Modulkörper 200 umfasst ein elektrisch nichtleitendes Material. Das Material kann beispielsweise Kunststoff wie Polymerkunststoff, thermoplastischen oder duroplastischen Polymerkunststoff, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyurethan oder Polyethylenterephthalat umfassen. Der Modulkörper 200 kann durch Gießen beispielsweise Spritzgießen ausgebildet sein. Der Modulkörper 200 umfasst, wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, eine Vielzahl von von unten offenen Kammern 250i, ... 2503 und auf Oberseiten der Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503 eine Vielzahl von Anschlussöffnungen 260i, ... 2603. Die Vielzahl von offenen Kammern 250i, ... 2503 ist in einer Ebene angeordnet und dient zur Aufnahme der Vielzahl von Batteriezellen lOOi, ... 1003. Dabei ist jede Kammer 250i, ... 2503 der Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503 zum Einführen einer Batteriezelle lOOi, ... 1003 der Vielzahl von Batteriezellen lOOi, ... 1003 von unten ausgebildet, d. h. die Kammern 250i, ... 2503 umfassen in den Unterseiten keine Böden. Zwischen den Kammer 250i, ... 2503 befinden sich Stege 240i, 2402.
Die Vielzahl von Anschlussöffnungen 260i, ... 2603 sind auf den Oberseiten korrespondierend zu den elektrischen Anschlüssen 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 angeordnet und ausgebildet, sodass die elektrischen Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 einer Batteriezelle lOOi, ... 1003 beim Einführen der Batterie- zelle lOOi, ... 1003 in die Kammer 250h ... 2503 aus dem Modulkörper 200 des Batteriemodulgehäuses herausgeführt werden.
Das Batteriemodul 10 kann weiterhin eine Vielzahl von Dichtungs- elementen 700i, ... 7003 umfassen. Die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 kann Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer oder thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis umfassen. Die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 dient zum Abdichten der Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503 nach dem jeweiligen Herausführen der elektrischen
Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 aus dem Batteriemodulgehäuse. Die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 kann in Aussparungen 265i, ... 2653 der Vielzahl von Anschlussöffnungen 260i, ... 2603 angeordnet sein. Die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 kann durch Anspritzen an den Modulkörper 200 ausgebildet werden. Alternativ kann die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 in die Aussparungen 265i, ... 2653 eingesetzt und / oder eingeklebt werden. Alternativ dazu kann die Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 auf den elektrischen Anschlüssen 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 ausgebildet oder angeordnet werden.
Der Modulkörper 200 ist derart ausgebildet, dass die Vielzahl von
Kammern 250i, ... 2503 mittels des ersten Blatts 300 verschließbar ist. Das erste Blatt 300 kann als Folie ausgebildet sein. Das erste Blatt 300 kann ein elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Das erste Blatt 300 kann Kunststoff beispiels- weise Polymerkunststoff umfassen. Das Material des ersten Blatts 300 und das
Material des Modulkörpers 200 können ähnlich oder identisch sein. Das
Verschließen der Kammern 250i, ... 2503 erfolgt durch Verschweißen beispielsweise Kunststoffschweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen des ersten Blatts 300 mit einer ersten Schweißfläche 23, die die Unterseiten der Kammern 250i, ... 2503 umgibt. Die erste Schweißfläche 23 kann Unterseiten der
Stege 245i, 2452 umfassen.
Die Modulplatte 400 umfasst ein elektrisch nichtleitendes Material. Das Material kann beispielsweise Kunststoff wie Polymerkunststoff, thermoplastischen oder duroplastischen Polymerkunststoff, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyurethan oder Polyethylenterephthalat umfassen. Die Modulplatte 400 kann durch Gießen beispielsweise Spritzgießen ausgebildet sein. Das Material der Modulplatte 400 und das Material des Modulkörpers 200 können ähnlich oder identisch sein. Die Modulplatte 400 umfasst einen offenen Kanal 450 und Öffnungen 460i, 4602. Der Kanal 450 ist, wie in Figur 1 gezeigt, in einer Hauptebene der Modulplatte 400 ausgebildet und dient zur Aufnahme eines Temperiermediums (Temperiermittels) zur Temperierung der Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003. Der Kanal 450 kann von einer Rückwand 430i, zwei Seitenwänden 420i, 4202 und einer Vorderwand 4302 begrenzt sein. In dem Kanal 450 kann ein Steg 470 angeordnet sein. Der Steg 470 kann ein Fließen des Temperiermediums beeinflussen und / oder die Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003 unterstützen. Die Öffnungen 460i, 4602 sind jeweils mit dem Kanal 450 mediumübertragend verbunden und dienen zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Temperiermediums.
Das Batteriemodul 10 kann weiterhin Anschlusselemente 470i, 4702 beispielsweise Anschlussoliven umfassen. Die Anschlusselemente 470i, 4702 sind jeweils mit den Öffnungen 460i, 4602 mediumübertragend verbunden und dienen zum mediumübertragenden Verbinden des Kanals 450 des Batteriemodulgehäuses mit einem Kanal eines anderen Batteriemodulgehäuses oder einem Temperiersystem. Die Anschlusselemente 470i, 4702 können mit den Öffnungen 460i, 4602 durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken verbunden sein. Die Modulplatte 400 ist derart ausgebildet, dass der Kanal 450 mittels des zweiten Blatts 500 verschließbar ist. Das zweite Blatt 500 kann als Folie ausgebildet sein. Das zweite Blatt 500 kann ein elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Das zweite Blatt 500 kann Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff umfassen. Das Material des zweiten Blatts 500 und das Material der Modul- platte 400 können ähnlich oder identisch sein. Das Material des zweiten
Blatts 500 und das Material des ersten Blatts 300 können ähnlich oder identisch sein. Das Verschließen des Kanals 245 erfolgt durch Verschweißen beispielsweise Kunststoffschweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen des zweiten Blatts 500 mit einer zweiten Schweißfläche 45, die eine Oberseite des Kanals 450 umgibt. Die Fläche 45 kann eine Oberseite des Stegs 470 umfassen. Der Modulkörper 200 und die Modulplatte 400 sind derart miteinander
verbunden, dass das Temperiermedium die Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003 durch das erste Blatt 300 und das zweite Blatt 500 hindurch temperieren kann.
Dazu kann das Batteriemodul 10 weiterhin Befestigungselemente beispielsweise Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse wie Rastarme 225i, 2252, 2352 oder Schrauben umfassen. Wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, kann der Modulkörper 200 die Rastarme 225i, 2252, 2352, die einstückig mit dem Modulkörper 200 ausgebildet sind, umfassen. Dabei umfasst die Modulplatte 400 korrespondierendes Aussparungen 425i, 4252, 4352 als Rastlager. Alternativ kann die Modulplatte 400 die Rastarme 225i, 2252, 2352 und der Modulkörper 200 die Aussparungen 425i, 4252, 4352 umfassen. Alternativ können die Befestigungselemente als separate Befestigungselemente
ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Modulplatte 400 beispielsweise schubladenartig ausgebildet sein, und der Modulkörper 200 kann korrespondierende Führungsschienen zur Aufnahme der Modulplatte 400 umfassen.
Das Batteriemodul 10 kann weiterhin eine Vielzahl von Pufferelementen 6OO1, ... 6OO3 umfassen. Die Vielzahl von Pufferelementen 6OO1, ... 6003 ist in der Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503 angeordnet und dient zur Verpressung der Vielzahl von Batteriezellen lOOi, ... 1003 oder zur thermischen Isolierung der Vielzahl von Batteriezellen lOOi, ... 1003 untereinander. Dabei kann die Vielzahl von Pufferelementen 6OO1, ... 6003 beispielsweise Schaumstoff wie offenzelligen Schaumstoff oder geschlossenzelligen Schaumstoff umfassen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 70 zur Herstellung des Batteriemoduls 10 mit dem Batteriemodulgehäuse gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren beginnt mit Schritt 700. Schritt 710 umfasst ein Bereitstellen des Modulkörper 200, der Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003 und des ersten Blatts 300. Der Schritt 710 kann weiterhin ein Bereitstellen der Vielzahl von Dichtungselementen 700i, ... 7003 umfassen. Der Schritt 710 kann weiterhin ein Bereitstellen der Befestigungs- elemente, Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme 225i, 2252, 2352 oder Schrauben umfassen.
Schritt 712 umfasst ein Einführen der Vielzahl von Batteriezellen 100i, ... 1003 in die Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503. Der Schritt 712 kann weiterhin der Viel- zahl von Dichtungselementen (700i, ... 7003)
Schritt 714 umfasst ein Verschließen der Vielzahl von Kammern 250i, ... 2503 mit dem ersten Blatt 300. Dabei kann das erste Blatt 300 beispielsweise durch Kleben oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen mit dem Modulkörper 200 dicht, zum Beispiel gasdicht, staubdicht oder wasserdicht, verbunden werden.
Schritt 720 umfasst ein Bereitstellen der Modulplatte 400 und des zweiten Blatts 500. Der Schritt 720 kann weiterhin ein Bereitstellen der Anschluss- elemente 470i, 4702 oder Anschlussoliven umfassen. Der Schritt 720 kann weiterhin ein Bereitstellen der Befestigungselemente, Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme 225i, 2252, 2352 oder Schrauben umfassen. Schritt 722 umfasst ein Verbinden der Anschlusselemente 470i, 4702 oder
Anschlussoliven mit den Öffnungen 460i, 4602 umfassen.
Schritt 724 umfasst ein Verschließen des Kanals 450 mit dem zweiten Blatt 500. Dabei kann das zweite Blatt 500 beispielsweise durch Kleben oder Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen mit der Modulplatte 400 dicht, zum Beispiel gasdicht, staubdicht oder wasserdicht, verbunden werden.
Schritt 730 umfasst ein Verbinden der Modulplatte 400 mit dem Modulkörper 200 miteinander. Das Verbinden des Modulkörpers 200 und der Modulplatte 400 kann aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken umfassen.
Schritt 732 kann ein Verbinden der elektrischen Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 zum Verbinden der Batteriezellen 100i, ... 1003 untereinander umfassen. Dabei kann das Verbinden ein Anbringen oder Bonden von einer Vielzahl von Zellverbindern an die elektrischen Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 umfassen. Der Schritt 732 kann weiterhin ein Montieren einer Zellüberwachungseinrichtung zur Überwachung der Vielzahl der Batterie- zellen 100i, ... 1003 umfassen. Der Schritt 732 kann weiterhin ein Anbringen von elektrischen Batterieanschlüssen zum Bereitstellen eines elektrischen
Anschlusses für die Vielzahl von Batteriezellen. Dabei kann das Anbinden ein Bonden der Batterieanschlüsse an die elektrischen Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353 umfassen. Der Schritt 732 kann weiterhin ein Anbringen oder Anclipsen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper 200 zum Abdecken der elektrischen Anschlüsse 130i, ... 1303, 135i, ... 1353.
Das Verfahren endet mit Schritt 750. Die Schritte 710-714 bezüglich des Modulkörpers 200 und die Schritte 720-724 können, wie in Figur 3 beispielhaft gezeigt, zueinander parallel bzw. gleichzeitig ausgeführt. Alternativ können die Schritte zueinander seriell bzw. nacheinander ausgeführt werden. Dabei können zunächst die Schritte 710-714 und anschließend die Schritte 720-714 ausgeführt werden, oder umgekehrt. Weiterhin können die Schritte zur Durchführung des Verfahrens 70 variiert werden.
Beispielsweise kann das Verbinden der Anschlusselemente 470i, 4702 oder Anschlussoliven mit den Öffnungen 460i, 4602 nach dem Verschließen des Kanals 450 mit dem zweiten Blatt 500 oder sogar erst kurz vor oder während der Montage des Batteriemoduls 10 in einer Batterie, einem Batteriesystem, einem Fahrzeug oder einer Anlage erfolgen.
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„umfassend" und
„aufweisend" oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass„ein" oder„eine" keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims

Ansprüche
1. Batteriemodulgehäuse, gekennzeichnet durch:
- einen Modulkörper (200) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend: eine Vielzahl von offenen Kammern (250i, ... 2503), die in einer Ebene angeordnet sind, zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003), die jeweils elektrische Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) umfassen, wobei jede Kammer (250i, ... 2503) der Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) zum Einführen einer Batteriezelle (100i, ... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003), ausgebildet ist,
eine Vielzahl von Anschlussöffnungen (260i, ... 2603), die in der Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) korrespondierend zu den elektrischen
Anschlüssen (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) angeordnet und ausgebildet sind, zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) aus dem Batteriemodulgehäuse beim jeweiligen Einführen der Batteriezelle (100i, ... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003),
wobei der Modulkörper (200) derart ausgebildet ist, dass die Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) mittels eines ersten Blatts (300) verschließbar ist, und
- eine Modulplatte (400) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend:
einen offenen Kanal (450), der in einer Hauptebene der Modulplatte (400) ausgebildet ist, zur Aufnahme eines Temperiermediums zur
Temperierung der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003),
Öffnungen (460i, 4602), die jeweils mit dem Kanal (450) mediumübertragend verbunden sind, zur Zufuhr oder Abfuhr des Temperiermediums,
wobei die Modulplatte (400) derart ausgebildet ist, dass der Kanal (450) mittels eines zweiten Blatts (500) verschließbar ist,
wobei der Modulkörper (200) und die Modulplatte (400) derart miteinander verbindbar ausgebildet sind, dass das Temperiermittel die Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003) durch das erste Blatt (300) und das zweite Blatt (500) hindurch temperieren kann.
2. Das Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 1, wobei:
- das Material des Modulkörpers (200) und das Material der Modulplatte (400) ähnlich oder identisch sind,
- das Material des Modulkörpers (200) oder das Material der Modulplatte (400)
Kunststoff, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder duroplastischen Polymerkunststoff, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyurethan oder Polyethylenterephthalat umfasst,
- der Modulkörper (200) oder die Modulplatte (400) durch Gießen oder Spritz- gießen ausgebildet ist, oder
- der Modulkörper (200) und die Modulplatte (400) durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken miteinander verbindbar sind,
- wobei die Modulplatte (400) schubladenartig ausgebildet sein kann, und der Modulkörper (200) Führungsschienen zur Aufnahme der Modulplatte (400) umfassen kann.
3. Das Batteriemodulgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend:
- Anschlusselemente (470i, 4702) oder Anschlussoliven, die jeweils mit den Öffnungen (460i, 4602) mediumübertragend verbindbar sind, zum mediumübertragenden Verbinden des Kanals (450) des Batteriemodulgehäuses mit einem Kanal eines anderen Batteriemodulgehäuses oder einem Temperiersystem, - wobei die Anschlusselemente (470i, 4702) mit den Öffnungen (460i,
4602) durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken verbindbar ausgebildet sein können,
- eine Vielzahl von Dichtungselementen (700i, ... 7003), die in der Vielzahl von Anschlussöffnungen (260i, ... 2603) angeordnet ist, zum Abdichten der Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) nach dem jeweiligen Herausführen der
elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) aus dem Batteriemodulgehäuse,
wobei die Vielzahl von Dichtungselementen (700i, ... 7003) durch Anspritzen an den Modulkörper (200) ausgebildet sein kann, oder wobei die Vielzahl von Dichtungselementen (700i, ... 7003) Kunststoff, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer oder thermoplastisches Elastomer auf Urethan- basis) umfassen kann, oder
- Befestigungselemente, Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme (225i, 2252, 2352) oder Schrauben,
wobei die Befestigungselemente einstückig mit dem Modulkörper (200) oder der Modulplatte (400) ausgebildet sein können.
4. Batteriemodul (10), umfassend:
- das Batteriemodulgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
5. Das Batteriemodul (10) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend:
- das erste Blatt (300),
wobei das erste Blatt (300) als Folie ausgebildet sein kann,
wobei das erste Blatt (300) elektrisch nichtleitendes Material umfassen kann,
wobei das erste Blatt (300) Kunststoff oder Polymerkunststoff umfassen kann,
- das zweite Blatt (500),
wobei das zweite Blatt (500) als Folie ausgebildet sein kann,
wobei das zweite Blatt (500) elektrisch nichtleitendes Material umfassen kann,
wobei das zweite Blatt (500) Kunststoff oder Polymerkunststoff umfassen kann,
das erste Blatt (300) und das zweite Blatt (500) ähnliches oder identisches Material umfassen können, oder
- eine Vielzahl von Pufferelementen (600i, ... 6003), die in der Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) angeordnet sind, zur Verpressung der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003) oder zur thermischen Isolierung der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003) untereinander,
wobei die Vielzahl von Pufferelementen (600i, ... 6003) Schaumstoff, offenzelligen Schaumstoff oder geschlossenzelligen Schaumstoff umfasst.
6. Batterie, umfassend: - das Batteriemodulgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder
- das Batteriemodul (10) nach Anspruch 4 oder 5.
7. Batteriesystem, umfassend:
- das Batteriemodulgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- das Batteriemodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, oder
- die Batterie nach Anspruch 6.
8. Fahrzeug, umfassend:
- das Batteriemodulgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden mit dem Fahrzeug,
- das Batteriemodul (10) nach Anspruch 4 oder 5 verbunden mit dem Fahrzeug,
- die Batterie nach Anspruch 6 verbunden mit dem Fahrzeug, oder
- das Batteriesystem nach Anspruch 7 verbunden mit dem Fahrzeug.
9. Verfahren (70) zur Herstellung eines Batteriemoduls (10),
gekennzeichnet durch:
- Bereitstellen (710, 720) des Batteriemodulgehäuses nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003), des ersten Blatts (300) und des zweiten Blatts (500),
- Einführen (712) der Vielzahl von Batteriezellen (100i, ... 1003) in die Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503),
- Verschließen (714) der Vielzahl von Kammern (250i, ... 2503) mit dem ersten Blatt (300),
- Verschließen (724) des Kanals (450) mit dem zweiten Blatt (500), und
- Verbinden (730) der Modulplatte (400) mit dem Modulkörper (200).
10. Das Verfahren (70) nach Anspruch 9, wobei:
- Verbinden des Modulkörpers (200) und der Modulplatte (400) miteinander durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken.
11. Das Verfahren (70) nach Anspruch 9 oder 10, wobei:
- Bereitstellen (720) der Anschlusselemente (470i, 4702) oder Anschlussoliven und Verbinden (722) mit den Öffnungen (460i, 4602), - Bereitstellen (710) der Vielzahl von Dichtungselementen (700i, ... 7003) und Anordnen in der Vielzahl von Anschlussöffnungen (260i, ... 2603), oder
- Bereitstellen (710, 720) der Befestigungselemente, Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme (225i, 2252, 2352) oder Schrauben für das Verbinden (730) der Modulplatte (400) mit dem Modulkörper (200).
12. Das Verfahren (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiterhin umfassend:
- Verbinden der elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) zum Verbinden der Batteriezellen (100i, ... 1003) untereinander,
wobei das Verbinden ein Anbringen oder Bonden von einer Vielzahl von Zellverbindern an die elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) umfassen kann,
- Montieren einer Zellüberwachungseinrichtung zur Überwachung der Vielzahl der Batteriezellen (100i, ... 1003) umfassen kann,
- Anbringen von elektrischen Batterieanschlüssen zum Bereitstellen eines elektrischen Anschlusses für die Vielzahl von Batteriezellen,
wobei das Anbinden ein Bonden der Batterieanschlüsse an die elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353) umfassen kann, oder
- Anbringen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper (200) zum Abdecken der elektrischen Anschlüsse (130i, ... 1303, 135i, ... 1353).
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